工業用衝撃吸収材として成形ゴム製緩衝材
システムの一部がエネルギー吸収に関して正しい動作をすること、そしてこれらの部品が優れたゴム緩衝材となるような取り付け方法で設計されていることを確認したい場合があるかもしれません。
一般的に、ゴム製緩衝器は、機械が最大ストロークに達した後の衝撃を緩和するために必要とされる場所に設置されます。このような場合、限られた空間と時間の中で動作するため、小型のゴム製緩衝器が使用されます。さらに、移動する質量を減速させ、加えられる最大荷重を制限しつつ、繰り返し使用に耐えられる必要があります。したがって、静的耐荷重能力だけでは、このようなゴムの性能を適切に評価することはできません。
成形ゴム製緩衝材は、機械のストッパー、マテリアルハンドリング機器、ドア、カート、可動アセンブリなどの保護に使用されます。ゴム製緩衝材の挙動は、衝撃エネルギー、速度、温度、形状、部品の組み立て方法によって異なります。外径だけで選定された部品は、硬すぎたり、簡単に潰れてしまう可能性があります。
体重ではなくエネルギーから始めよう
衝突地点における力を扱う場合、車両の質量は衝撃の主な発生源となるだけでなく、限られた距離で部分的にしか吸収できないエネルギーも保持しており、この例のように、停車装置がそのエネルギーに対処しなければならない。
工業用ショックアブソーバーは、最大圧縮ストロークを正確に定義できる必要があります。アブソーバーが完全に圧縮されるまで押し込まれると、力が急激に増加し、フレームや締結具に衝撃が伝わる可能性があります。一方、ショックアブソーバーが柔らかすぎると、可動部が安全限界を超えて動き続ける可能性があります。
事象の発生頻度も非常に重要な要素です。月に一度の緊急事態であれば、機器を冷却し、部品を回収するのに十分な時間があります。しかし、数秒ごとに繰り返される衝撃は、ゴムの局所的な加熱と剛性の変化を引き起こし、その後の接触に影響を与える可能性があります。
形状が力曲線を決定する
ショックアブソーバーの形状によって、変形曲線は異なります。接触面の形状によっては、力が徐々に増加する場合があります。例えば、空洞やテーパー状の壁はショックアブソーバーのストロークを延長する可能性がありますが、同時に、ショックアブソーバーの角や薄い部分に歪みが集中する可能性があります。
ゴム製緩衝材の設計においては、横方向の動きや位置ずれを考慮する必要がある。
中心からずれた衝突は、取り付けスタッドを曲げたり、ゴムを圧縮せずにせん断したりする可能性があります。広い接触面と可動式のガイド部材は、荷重経路を維持するのに役立ちます。
カスタム仕様のゴム製バンプストップの製造には、金属ストリップの接着、金属部品の挿入、ブロックへの穴あけ加工などが含まれる場合があります。これらの手法はバンプストップの取り付けを容易にする一方で、接着層、腐食、応力集中箇所の発生につながる可能性があります。
設計段階では、金属の形状を考慮して最大たわみ量を検討する必要がある。
動的剛性は静的剛性と等しくない
ゴムの反応は、一般的に、急速な変形時の方が、ゆっくりとした圧縮時の変形時よりも硬く、剛性が高い。エネルギー損失であるヒステリシスは、部分的に熱に変換される。実際、反発を抑制するのに役立つこのメカニズムは、繰り返し衝撃を受ける状況下で内部温度を上昇させる原因にもなる。
トレルボルグ社は、自社製品であるANBバッファーを、接着された円筒形のニトリルゴム製ボディと呼んでおり、高ヒステリシスコンパウンドが機器の動きを制限するのに役立つと述べている。公表されている製品ラインナップには、サイズに応じた様々な最大荷重が記載されており、クレーン、林業車両、マテリアルハンドリング機器などが代表的な用途として挙げられている。
そのカタログの例では、緩衝材の定格は構造を考慮した上でのみ示されていることがわかります。同じ荷重条件下で、異なる材質や形状の材料を支えることができるかどうかは示されていません。
ゴム製衝撃緩衝器の試験は、緩衝器が想定される用途（最終用途）における速度、エネルギー、および取り付け条件に合致した条件下で実施する必要があります。
素材を選ぶということは、十分なエネルギーと回復力を確保することである。
適切な種類のゴム、例えば天然ゴムを使用することで、機械的な用途における耐久性や耐摩耗性を向上させることができる。
鉱物油が関係する場合は、ニトリルブタジエンゴム（NBR）が適しています。NBRは鉱物油の影響を受けにくい一方、エチレンプロピレンゴム（EPDM）は天候や日光の影響をあまり受けません。ポリウレタンは研磨材によって急速に摩耗しますが、必要な荷重条件を満たせば長持ちします。
これらの選択肢にはそれぞれ適用可能な温度範囲と化学物質の範囲があります。それぞれの選択肢について、その範囲を確認する必要があります。
硬度は、使用する材料の特性の一つにすぎません。
ヒステリシス、弾性率、圧縮永久歪み、引裂抵抗、熱の影響による経年劣化抵抗などの他の要因によって、力がたどる形状、つまり曲線、そしてその力がどれだけ回復するかが決まります。
ショアA硬度が同じゴム製品でも、衝撃を受けた際の挙動は異なる場合があります。
ゴム製緩衝材を設計するには、最低使用温度を把握しておく必要がある。極低温時に硬化する化合物は、より高いピーク荷重を伝達する可能性がある。
それどころか、引張強度が低いことと、高温でのせん断抵抗が低いことによる累積的な発熱が相まって、限界を超える変形を引き起こす可能性がある。
共通テストは限られた質問にしか答えない
ASTM D575は、規定された試験条件下での圧縮挙動を測定する規格です。化合物間の比較や、制御された荷重-たわみ関係の基準値として使用できます。ただし、標準試験片では、緩衝材の接触面積、挿入量、衝撃速度の変化を再現することはできません。
ASTM D395は、規定の圧縮および回復期間後の圧縮永久歪みを評価する規格です。回復傾向の比較には役立ちますが、数千回の高速衝撃を受けた後の成形緩衝材の完全な復元を予測するものではありません。
ASTM D624は、規定された試験片形状における引裂強度を測定する規格です。亀裂発生のリスクがある複合材のスクリーニングに役立ちます。ただし、この規格自体が、測定結果が実際の使用性能に直接関係するとは限らないことを注意喚起しています。
完了したバッファ検証シーケンス
寸法、成形面、挿入位置を検査します。部品の状態を把握するため、初期の力-たわみ曲線をゆっくりと測定します。バッファーが鋭利なエッジに接触したり、フレームに材料が挟まったりすることなく変形できるクリアランスがあることを確認します。
代表的な移動質量、速度、およびアライメントを用いて衝撃試験を実施します。機器のリスクに応じて、たわみ、反発力、および最大荷重を測定します。最大イベント値より低い値から開始し、適切な安全対策を講じた上で、管理された試験計画に基づいて徐々に値を上げていきます。
工業用衝撃吸収装置の場合、想定される衝撃頻度と温度で部品を繰り返し動作させます。表面温度と永久的な高さの変化を監視します。調整後に衝撃測定を再度行い、力曲線のずれを確認します。
サイクル後、ゴムと金属の接合部、折り目や膨らみのある部分、接触面、および締結具を検査してください。亀裂、インサートの緩み、または永久的な傾きは、軸外荷重を示している可能性があります。合否判定基準には、機器のクリアランスと緩衝状態の両方を含める必要があります。
開発に必要な情報
移動質量、衝撃速度、該当する場合は落下高さ、最大許容たわみ量、および事象発生頻度を明記してください。さらに、温度、油分、天候、許容最大荷重、設置スペース、および停止失敗時の影響も考慮に入れてください。
特注のゴム製バンプストップについては、接触角、締結具の詳細、および横方向の動きを明記してください。写真やアセンブリの一部を示すことで、バッファーの図面だけでは分からない干渉や荷重経路の問題が明らかになる場合があります。
イダとの仕事
大連宜達精密ゴム製品有限公司は、カスタム成形エラストマー部品およびゴムと金属の複合部品を開発しています。ゴム製衝撃緩衝器に関しては、宜達は顧客の荷重条件に基づいて、製造可能性、配合オプション、インサート形状、および重要な寸法を検討することができます。
成形ゴム製緩衝器は、完成品を実際の機器に取り付けて試験することで承認されるべきである。エネルギー、ストローク、および作動頻度が明確に定義されていれば、サンプル計画では、一般的な硬度値に頼るのではなく、機器が実際に必要とするものを測定できる。
